输电线路地线断落原因分析及改进措施

输电线路地线断落原因分析及改进措施

地线断线事故极易导致同塔多回线路同时跳闸，严重威胁电网安全，本文针对目前发生的地线断落事故事件从日常运行地线损伤及断线机理两方面展开原因分析，同时根据耐张段和悬垂段不同的金具连接方式，设计和安装不同的装置来降低地线断线风险，保障输电线路安全稳定运行。

标签：地线;断线;悬垂;耐张;防掉线

1. 引言

近年来，地线断线在各个供电局时有发生。地线断线的后果是很严重的，特别是现在输电线路已经大部分是多回同塔，同时跳闸造成大面积停电事故，且损伤导线，修复时间往往要一两天，耗时长，费用大，是当下威胁电网安全的最大隐患之一[1]。

目前，根据设备运行年限和反措要求更换的地线已达1000kM量级，地线更换涉及同塔多回线路安排约一周的同时停电，将造成大量用户错峰停电，极大的增加了电网的运行风险。施工期间需要全线架设大量的交叉跨越公路、铁路、管线等措施和青苗赔偿工作，需要投入巨大的人力和财力。

因此，针对目前发生的地线断落事故事件展开原因分析，同时根据耐张段和悬垂段不同的金具连接方式，设计和安装不同的装置来降低地线断线风险，延长地线寿命，将获得良好的经济和社会效益。

2. 故障原因分析

正常运行过程中，导致架空地线损伤的因素通常有三种：

（1）地线锈蚀，长时间的运行不可避免地产生地线锈蚀，在污染严重的地区，地线锈蚀会更加严重，甚至可直接导致地线机械强度下降，直至拉断。

（2）雷电流或者工频短路电流的热效应。雷电流虽然幅值较大，但作用时间极短，能量小，通常不能直接导致地线断线，但集中的瞬时能量可造成钢丝灼伤。另外，线夹作为地线和杆塔的连接金具，是雷电流主要放电通道，线夹与地线之间始终存在部分间隙，雷电流在间隙间放电产生的电弧会导致地线外层出现局部灼伤[2]。

雷击、鸟害或者污闪等因素导致绝缘子闪络后，由系统继续提供能量，维持续流通道[3]。地线-杆塔系统的阻抗远小于杆塔-接地体系统阻抗（杆塔平均接地电阻为15 Ω，地线平均档距电阻为3.7/1 000×300=1.1 Ω）。因此在发生单相接地故障时，工频故障电流会沿地线分流至附近接地电阻小的杆塔而入地;在发生相间接地故障时，工频故障电流主要沿系统-导线-地线-导线-系统通道形成环流。

故障时，工频故障电流最有可能通过线夹处，而线夹与地线的接触电阻相对较大，因此在线夹处发热最为严重。

（3）微风振动，架空电线受风的影响，经常出现的是均匀低速下的微风振动，个别覆冰情况下的舞动，当分裂导线加间隔棒时有时会在次档距振荡，其中微风振动最为常见，危害性更为普遍。架空电线的微风振动常以驻波型式表示，一定频率下的振荡波在波节点仅有角位移，且在电线位置上不变，档距两端电线悬挂点相对各种频率的振荡波均为波节点，受线夹约束使电线不能自由移动，是应力集中点，经常会受到拉、弯曲和挤压等静态应力，因此该处易产生电线材料的疲劳断股等损伤。另外，当线夹与电线压接不够紧密时，线夹与电线间会产生相对运动致使电线磨损，亦导致线夹与电线之间的接触电阻增大。

对于地线断线断股位置，绝大多数情况均发生在悬垂线夹处及其附近，断线断股的断口经分析均有熔斷的迹象。进一步分析得出：雷电流虽然幅值较大，但作用时间极短，能量小，通常不能直接导致地线断线，其集中的瞬时能量能造成钢丝灼伤。地线断线断股的原因主要归结于工频短路电流的热效应[4]。

目前在国内，对于避雷线悬垂串断线的机理及防范措施研究更多的是偏向于案例分析，直接全面的研究在国内未见报道。在案例分析中，也主要从以下两个方面进行简单分析：一是地线断线断股机理，二是相应的防范措施。

地线断线断股的原因有多种（包括雷击，鸟害等）。在众多国内相关文献中提到，绝大多数地线断口位于悬垂线夹处或出口附近，且断口显示有多股钢绞线存在熔断痕迹。而且其中主要原因均指向于工频续流的热效应：在悬垂线夹端口及附近接触电阻较大，在工频续流的作用下发热严重[5，6]。不过目前国内对于该方面的研究更多的是定性非系统的分析，甚少为定量全面性的研究。

除了工频短路电流热稳定计算之外，部分文献中还提及，对于工频短路电流需要考虑避雷线的分流作用：雷击架空地线断线的同时几乎伴随着绝缘子闪络放电，由于地线—杆塔系统的阻抗（电阻）远小于被雷击放电接地的杆塔的阻抗，因此，在雷击放电接地的杆塔，大部分的工频续流分流到架空地线上。这一部分的分析确定了工频短路电流流经的通道，进一步验证预绞丝金具（预绞丝）与地线接触部分因工频续流发热而导致断线断股事故的发生。

3. 防地线掉落装置研制及应用

3.1耐张串地线防掉线装置研究

对于架空输电线路耐张串来说，早期建设时耐张串地线常选用GJ50、GJ70等截面积较小的地线，且金具连接常选用楔形线夹，然后采用两根钢丝绑扎，地线与杆塔之间依靠金具实现电气连接。此种连接在地线运行达到一定年限后，由于地线腐蚀以及微风振动等因素导致的地线断股断线风险大大增加。另外，当地线发生了一定程度的锈蚀（甚至于基本没有锈蚀时），楔形线夹和地线接触处的接触电阻相比于压接或者预绞式连接方式都会大大增加。

针对耐张串地线主要从楔形线夹处断线的现状，我们可以设计一套后备保护装置安装在耐张串地线上，在地线正常运行时，此套装置并不受力，一旦老旧地线在楔形线夹附近发生断线后，此套加固装置即可处于受力状态拉住地线防止出现地线断线、掉线状况，从而避免产生更严重的事故和社会影响，大幅延长了地线的寿命，也节约了改造更换老旧地线需要投入的大量人力物力。根据南网的反事故措施要求，这种后备保护的金具连接方式可以选择为预绞式金具连接。因此，我们可以称呼这套装置为预绞式耐张线夹，装置如图1所示。

此外，由于现有铁塔地线横担处无多余的挂孔，所以需在每基杆塔增加地线挂板。而地线挂板的位置和耐张串偏转的角度有关。对于地线往铁塔中心外偏角度不超过30°的情况，增加挂点位置如图2所示，对于地线往铁塔中心外偏角度大于30°的情况，增加挂点的位置就在沿铁塔中心线的横担上（图2中的120横担）。目前该装置已在东莞供电局110kV北金甲南线N2耐张塔上试用，如图3所示。3.2悬垂串地线防掉线装置研究

相比于耐张串而言，悬垂串地线发生断线的几率要更高。事实上，据不完全统计，80%以上的避雷线断线发生在悬垂线夹处，观察到断口有熔断特征。打开悬垂线夹检查，时有发现存在熔断断股现象。在项目背景中，我们已经提过在三相不平衡运行、单相短路、相间短路、雷电冲击的运行条件下，地线易处于长期高负荷运行状态，而交流电流的趋肤效应使电流集中在端口附件，而懸垂线夹与地线处由于地线锈蚀、接触不良等因素导致接触电阻较大，所以在悬垂线夹处容易产生电弧，造成地线断股甚至断线。

根据悬垂串地线受力机理，GJ50老旧悬垂段地线上安装悬垂双保险。第一层保险为预绞式护线条，根据护线条与地线的接触电阻要小于带磨砂预绞丝，所以用护线条来进行机械加固;第二层保险为预绞式引流条，通过在第一层保护上加装预绞式引流条，把可能出现的雷电流或工频短路电流通过其引到塔身，提高地线的耐雷水平，通过这种方式可以避免加装引流线带来的金具连接处可能发热的问题。通过以上两层加固大大延长了悬垂段地线的寿命。目前该装置已在东莞供电局110kV北金甲南线N3直线塔上试用，如图5所示。

4.总结与展望

本论文主要内容是基于预绞丝线夹加固的架空地线防掉线研究。主要完成了以下方面的工作：

（1）统计了历年来的地线掉线事故，总结断线的位置，并对断线的机理进行系统、全面的分析;